Откуда растения берут углерод

double_break

/оффтоп = > модель хлорофилла 3D напомнила мне модель космического корабля…/

Эти опыты не снимали главного вопроса: откуда растения берут углерод, если в воде, как показал Лавуазье, его нет, в почве его содержание ничтожно, и притом, что самое главное, растения способны развиваться в почве, вовсе лишенной углеродных соединений?

В самом деле: если не в почве, если не в воде, то остаётся один только воздух. Но если из воздуха, то значит, только посредством листьев. Так замкнулась цепь. Всей логикой развития науки, логикой научных открытий, в истинность которых все свято верили, исследования ученых-физиологов объективно и жестко детерминированно были направлены только в одном единственном направлении — в направлении развития противоестественной теории воздушного питания растений путём ассимиляции листьями углекислоты воздуха и синтезирования её в сложные органические соединения.

В развитии этих взглядов серьёзным побудительным мотивом послужили опыты и наблюдения, проведённые рядом ученых. В 1771 г. английский химик Дж. Пристли обнаружил, что зелёные растения способны якобы «исправлять» испорченный животными воздух и делать его вновь пригодным для дыхания. Примечательным здесь было то обстоятельство, что многократные попытки учёного получить аналогичные результаты в опытах на крупных, активно растущих растениях окончились неудачей:
во всех таких опытах растения, подобно животным «портили» воздух.

Причины неудовлетворительных результатов опытов Пристли и недостаточной убедительности его выводов были выявлены голландским естествоиспытателем Ингенгаузом. Тот обнаружил (1779), что способность растений «исправлять» воздух непосредственно связана с воздействием солнечного света. Этой способностью обладают зелёные растения, которые реализуют её лишь на солнечном свету, в темноте же они ведут себя точно так же как остальные части растений, то есть загрязняют воздух своим дыханием.

Позже Сенебье (1782) и Соссюр (1767-1845), показали, что растение на свету усваивает углерод из углекислоты воздуха с выделением в равном объёме кислорода. Трудами этих ученых теория фотосинтеза обрела свой общий и в принципе завершённый вид. В своих основных чертах она сохраняется и поныне. Черты эти сводятся к следующему:

а) растения поглощают углекислоту и выделяют кислород в равном объёме;

б) этот процесс происходит только на солнечном свету;

в) он характерен лишь для зелёных частей растения, то есть частей, содержащих хлорофилл;

г) процесс выделения кислорода происходит только при наличии в воздухе углекислоты: чем её больше, тем больше выделяется кислорода.

Можно всё сказать про теорию фотосинтеза, кроме одного, а именно, что она разумна. Не случайны поэтому были ожесточенные нападки на неё как стороны теоретиков, так и практиков. С точки зрения простого здравого смысла и повседневного опыта, теория воздушного углеродного питания растений казалась не только несостоятельной, но и попросту абсурдной.

Практики из многовекового опыта прекрасно знали: чтобы собрать хороший урожай, растению нужны — тепло, влага и удобрение.

Правильное сочетание и чередование этих трех элементов неизменно давало устойчивые и обильные урожаи. И опыт никогда не подводил практиков. Что же касается содержания углекислоты в воздухе, то об этом просто никто и никогда не думал, пока учёные не обнаружили странный факт, что растения не только способны поглощать при некоторых условиях углекислоту, но и создают именно из неё всю свою растительную массу.

Из практики хорошо известно, что при соблюдении агрохимических правил повышение продуктивности возделываемых культур имеет самые широкие пределы, хотя при этом содержание углекислоты в воздухе не увеличивается совершенно. Если критерием справедливости всякой теории является в конечном счете практика, то у теории фотосинтеза за всё время её существования отношения с этим критерием оставляли желать много лучшего.

Если строго следовать теории, нужно были бы ставить урожайность всех культур в прямую зависимость от содержания углекислоты в атмосфере согласно правилу: чем её больше, тем, стало быть, урожайность должна быть выше.

И наоборот, чтобы повысить урожайность, нужна большая насыщенность атмосферы углекислотой. Но, увы, нигде, никогда и никем эта зависимость не была подтверждена. Наоборот, всегда и везде подтверждался факт вредного влияния повышенного содержания углекислоты в атмосфере на все живые существа, не исключая и растения.

Действительно, если растение и в самом деле создавало бы всю свою растительную массу и питательные вещества исключительно за счет ассимилируемой им углекислоты воздуха, то совершенно непонятно, почему оно плохо переносит даже небольшое повышение её концентрации, почему оно может расти в атмосфере, вообще лишенной углекислоты и почему, наконец, растения бурно увеличивают свою растительную массу от внесения в почву даже небольшого количества азотных удобрений при сохраняющемся неизменным содержании углекислоты в атмосфере?

Теория фотосинтеза, таким образом, за все своё более чем стопятидесятилетнее существование не продвинула агрохимию ни на один шаг вперед, и все успехи сельского хозяйства в выращивании богатых урожаев были достигнуты помимо неё.

Другим серьёзным аргументом против теории служил и такой факт, как весьма низкое содержание углекислоты в воздухе. По крайней мере, по мнению многих ученых, оно совершенно неспособно было бы обеспечить жизнедеятельность растений, если исходить из теории фотосинтеза. Другим доводом против служил факт постоянства содержания кислорода в атмосфере и несоответствие объемного содержания последнего содержанию углекислоты, хотя, как утверждает теория, при фотосинтезе образуется количество кислорода, равное в объёмном отношении количеству поглощенного растениями из воздуха углекислого газа. Иными словами, сколько растениями поглощается углекислоты, ровно столько же выделяется кислорода. Поскольку в воздухе содержится примерно 0,03% углекислого газа, то при газообмене в процессе фотосинтеза должно высвободиться такое же количество кислорода, да и то лишь в том случае, если растения поглотят весь атмосферный углекислый газ. Но воздух ведь содержит 21% кислорода, т.е. его объём в 700 раз превышает объём содержащейся в нём углекислоты.

Откуда же берется такой избыток кислорода?

Ведь кислород расходуется постоянно и в больших количествах. Он — главный агент бесчисленного числа окислительных процессов, происходящих на земле. Известны тысячи реакций, протекающих при его участии в живой и неживой природе.
Процессы дыхания животных и растений, процессы горения и разложения, которые происходят на земле непрерывно в течение многих миллионов лет, — всё это требует огромного количества кислорода. Без кислорода нет жизни. Однако, несмотря на большое число процессов, при которых происходит связывание кислорода, его количество в атмосфере остаётся поразительно постоянным. Более того, если (процентное содержание углекислоты ещё как-то варьируется в зависимости от различных обстоятельств (больше её в промышленных районах, городах, меньше в сельских районах, вдали от заводов и фабрик, совсем мало её в горных районах), то содержание кислорода практически постоянно и не зависит ни от каких условий, будь это в районах с богатой растительностью, в пустынях, над просторами океанов. Даже на высотах до 70-80 км не обнаружено нарушения процентного содержания кислорода и соотношения между содержанием последнего и азота — 21% и 79% соответственно.

Такое постоянство состава воздуха и содержащихся в нём азота и кислорода не может не вести к вполне естественному предположению о существования на земле столь же постоянного источника их пополнения, притом в неизменном соотношении. Но можно ли рассматривать в качестве такого постоянного и неизменного источника процесс фотосинтеза?

Сюда же отнесём и значительные сезонные колебания в фотосинтезе, которые должны были бы заметно воздействовать на содержание кислорода и углекислоты в атмосфере. В течение полугода почти вся растительность северного полушария практически выключалась бы из процесса фотосинтеза. С наступлением осени и зимы и вплоть до мая месяца исчезает зелёный покров Земли, деревья сбрасывают листья — этот орган фотосинтеза, и природа замирает.

К этому нельзя не прибавить и те причины, которые упоминались в связи с процессом фотосинтеза — неравномерное распределение растительности по земному шару, сезонные перерывы в ее жизнедеятельности, колебания в содержании углекислоты в атмосфере и т.д. Но все перечисленные факторы как раз говорят об отсутствии на земле такого идеального механизма смешения газов атмосферы. Если бы атмосфера действительно состояла из смеси газов, то их распределение по земному шару носило бы совершенно случайный, переменчивый характер, и это непременно было бы зарегистрировано различными приборами, да и самими животными, для которых не могли бы пройти незамеченными серьёзные перепады в содержании кислорода и углекислоты.

Круг сомнений, однако, далеко не ограничивается вышеизложенным: в него включается, помимо кислорода, и другой главный составной элемент атмосферы — азот. В отношении него мы вправе задать тот же вопрос: каков источник его постоянного содержания в атмосфере (79%) и его пополнения? Может быть, в данном случае, в отличие от кислорода, нам удастся найти большее соответствие? Увы, его, к сожалению, нет применительно и к азоту.

Трудно, если вообще возможно, оставаясь на почве разума и действительности, согласиться с существующим представлением, что 4\5 объема атмосферы обязано своим существованием деятельности некоторых видов микроорганизмов типа гнилостных бактерий. А ведь именно так объясняет наука источник пополнения атмосферы азотом.

Во-первых, сам этот источник крайне непостоянен в своем функционировании, и он не в состоянии обеспечить такую точность в обеспечении атмосферы одной из её составных частей, как бы нас ни уверяли в обратном.

Во-вторых, нелепость этого утверждения видна из того, что в то время как вся мощная растительность земного шара, как наземная, так и подводная, даёт, согласно теории фотосинтеза, 21% кислорода, тогда как некоторые виды микроорганизмов обеспечивают её 79% азота. Далее, если взять те же процессы гниения и разложения, то их основными продуктами являются опять-таки углекислота и аммиак, а не азот. Но если углекислого газа содержится в атмосфере всего лишь 0,03%, то содержание в ней аммиака настолько ничтожно, что нет даже смысла приводить эти данные. Количественные сопоставления не дают, таким образом, никаких оснований считать обоснованным существующий взгляд на источник основных частей атмосферы, а именно: кислорода и азота.

Итак, отмечу, что фотосинтез по своей сути не только противоположен процессу дыхания, но и противоречит ряду фундаментальных положений физики.

Не может не возникнуть тут правомерный вопрос: на каких законах физики основан в этом случае весь процесс фотосинтеза? Для его выяснения обратимся непосредственно к разъяснениям, которые даёт в этой связи сама теория.

Так, например, известный физиолог проф. Рубин пишет в своей книге (просим читателя внимательно отнестись к нижеследующему свидетельству): «Углекислый газ является важнейшим материальным субстратом фотосинтеза. Обычное содержание СО2 в воздухе колеблется от 0,02% до 0,03%. При нормальном давлении и нуле градусов это составляет 0,589 мг. CO2 в 1 л. воздуха. Поскольку из 1 л. ассимилированной CO2 образуется 0,682 г. глюкозы, то для образования 1 г. глюкозы нужно затратить количество CO2, содержащееся в 2500 л. воздуха. Для образования же килограмма сахара растению необходимо «переработать» около 2,5 млн.л. (500 кубометров), полностью освободив последний от содержащего в нём углекислого газа. При крайне низком содержании углекислоты в воздухе, растениям, можно сказать, приходится в буквальном смысле «вылавливать» её посредством имеющихся у них различных приспособлений. К их числу относятся прежде всего устьица, являющиеся основным путем проникновения CO2 внутрь листа»1.

1 Рубин ЕЛ. Физиология растений. Ч. 1., М, 1954, с.236.

Нарисованная картина просто поразительна! Не растения, а форменные насосы. С какой же интенсивностью должно работать растение в качестве такого насоса, чтобы пропустить через устьица листьев 2500 л воздуха и в итоге получить всего лишь 1 грамм сахара? Удивительно здесь то, что эта малоправдоподобная и не соответствующая даже простым наблюдениям за миром растений картина выдается в качестве истинной, и что в нее верят десятки, а то и сотни умных учёных мужей.
Приводимые цифры красноречивее всех иных доводов говорят против теории фотосинтеза. Здесь мы лишний раз видим, что, за какую сторону теории фотосинтеза ни возьмись, везде сплошные натяжки, забвение основных физических законов, будто они её не касаются вовсе, подтасовки и всё прочее в том же духе. И всё это благодаря одной единственной причине, а именно так называемому открытию Лавуазье, согласно которому вода состоит из водорода и кислорода и которому все легко поверили, и свято верят до сих пор.
Я уже отмечал, что растения дышат так же, как и все животные. Дыхание осуществляется благодаря, прежде всего, теплообмену и газообмену живого организма с окружающей его средой, которые проходят самопроизвольно. Самопроизвольные процессы не могут происходить одновременно в двух направлениях: от большего к меньшему и от меньшего к большему — такое противоречит общепризнанным законам физики. Признание же теорией фотосинтеза одновременного существования двух противоположных и противоречащих один другому процессов газообмена при дыхании и при фотосинтезе представляет именно такое противоестественное явление.

Известный французский физиолог Ж. Буссенго, хотя и внёс свой вклад в разработку теории фотосинтеза, любил, между прочим, повторять, что во всех проводимых опытах над растениями необходимо спрашивать мнение самих растений.

Однако опыты по фотосинтезу напоминают скорее не мирную дружескую беседу с ними, а форменный допрос под пыткой, вследствие которого растения вынуждены «признаваться» в деяниях, никакого отношения к ним не имеющих. В самом деле, главной особенностью всех этих опытов было то, что они делались в условиях искусственных, весьма сильно отличающихся от тех, в которых растение находится обычно.

Поэтому оно и не могло давать «правдивых показаний», а давало те, которые выбивались из него принудительно. Прежде всего, это относится к повышенному содержанию углекислоты в среде, в которой обычно проводились опыты, и, наоборот, к пониженному содержанию в ней кислорода. В таких ненормальных условиях «нормальным» оказывалось то, что растение вынуждено было поглощать ненужную ему углекислоту и выделять при этом замещаемый ею кислород.

***

Помимо сказанного остаётся ещё один важный вопрос, требующий ответа: почему растения в условиях повышенной концентрации углекислоты во время опытов над ними выделяют всё-таки кислород. Ведь именно на этом факте строится главный вывод теории фотосинтеза, что зелёные растения являются якобы единственным источником всего кислорода атмосферы. Здесь необходимо отметить тот факт, что во время опытов над растениями такое выделение кислорода начинается исключительно на солнечном свету и моментально прекращается при переносе растения в слабо освещенное место. Этот момент очень важен. Почему так происходит? На этот вопрос мы не сможем ответить, исходя лишь из законов диффузии. Ответ нужно искать уже в области физиологии. С этой целью обратимся к одному весьма важному обстоятельству.

Итак, теория говорит нам, что процесс фотосинтеза происходит только при солнечном освещении и только в зелёных частях растений, то есть в листьях, и что он связан непосредственно с красящим пигментом растений — хлорофиллом. Какова же во всём этом роль хлорофилла?

По теории, именно хлорофилл связывает всю всасываемую растением углекислоту, именно в нём происходит процесс синтеза углекислоты и воды в сложные органические соединения, и происходит выделение кислорода. Но это по теории. Поскольку, как мы уже могли убедиться, эта теория, мягко говоря, не совсем адекватна, то возникает необходимость дать более точное объяснение роли хлорофилла в жизни растений. С этой целью обратимся непосредственно к хлорофиллу и посмотрим, что он из себя представляет.

Не стану рассматривать тут все его замечательные химические и физические свойства. Для нас важны некоторые его особенности и свойства, роднящие его с другими подобными же веществами в живом мире, что позволяет прибегнуть к аргументированной аналогии.

Обратимся, прежде всего, к тому важному обстоятельству, что по своей химической природе хлорофилл очень близок к пигменту крови гемоглобину, выполняющему дыхательную функцию как переносчик кислорода и частично углекислоты. Данный момент хотелось бы подчеркнуть особо.

В этой связи беру на себя смелость утверждать, что хлорофилл выполняет не приписываемую ему функцию фотосинтеза, а дыхательную функцию растений плюс функцию теплообмена, то есть прямо противоположную той, которую ему отводит теория фотосинтеза. Но есть ли этому иные подтверждения, помимо химического родства гемоглобина и хлорофилла? Для ответа на этот вопрос еще раз обратимся к отношению между хлорофиллом, кислородом и углекислотой.

Примечательным обстоятельством тут является то, что такое же отношение можно видеть и в случае гемоглобина крови. В процессе дыхания гемоглобин (НЬ), присоединяя к себе кислород, превращается в так называемый оксигемоглобин — нестойкое соединение с кислородом:

НЬ + О2 = НЬО2.

В 1892 г. ученик Сеченова Б.Ф. Вериго впервые пришел к выводу, что углекислота способствует вытеснению кислорода из оксигемоглобина.

Позже Бор (1904) окончательно подтвердил этот вывод, получивший название «эффекта Бора-Вериго». Проф. Рубинштейн отмечает в этой связи, что при избытке углекислоты оксигемоглобин легче отдаёт связанный им кислород даже при одном и том же парциальном давлении последнего в окружающей среде1. Было также показано — и этот факт весьма важен для наших рассуждений, — что кислород, химически связанный с кровью, освобождается гораздо легче при повышении температуры.

Если теперь обратиться к опытам по так называемому фотосинтезу и вспомнить, при каких условиях происходит взаимодействие между хлорофиллом, кислородом и углекислым газом, то нетрудно убедиться в том, что при этом имели место процессы, полностью покрываемые «эффектом Бора-Вериго».

Исходя из факта близкого родства хлорофилла и гемоглобина, можно с достаточным основанием утверждать, что во всех опытах по фотосинтезу повышенная концентрация углекислоты, как и в случаях с гемоглобином, так сказать, провоцировала вытеснение кислорода из оксихлорофилла, то есть хлорофилла, насыщенного кислородом. Поскольку этот процесс особенно усиленно проходит на солнечном свету, то и здесь мы видим аналогию с гемоглобином крови, из которого кислород освобождается гораздо легче при повышении температуры.

источник Э.А. Поздняков «Извечные загадки науки»

Tags: Поздняков Э.А., формула, фотосинтез, человек

Зелёная лаборатория. Чем питаются растения?

Ива физика Ван-Гельмонта

В Америке растут обширные леса секвойи. Секвойя — великан растительного мира. Под ее кроной могла бы свободно разместиться любая из кремлевских башен. Рассказывают, будто из балок и досок, напиленных из одной особенно крупной секвойи, был некогда построен целый корабль. Так велико это дерево!
А семена у него совсем крохотные — со спичечную головку. Чтоб вырасти в гиганта, секвойя должна взять огромное количество материалов со стороны. Откуда же она их берет?
Дерево не может сорваться с места и отправиться искать для себя пищу. Оно берет только ту пищу, что находится поблизости, или ту, что сама набежит на него.
А в лесу в тесной близости друг к другу растут еще тысячи таких же гигантов. И лес стоит на одном месте сотни лет. Какая же уйма пищи с одного и того же пространства требуется, чтобы прокормиться целому лесу секвойи! Да притом в течение сотен лет! Очевидно, запасы этой пищи вокруг должны быть совершенно неистощимы.
Какая же это пища? И как добывает ее растение?
В старые времена ученые считали, что растения берут пищу только из земли, и притом в совершенно готовом виде.
Но уже триста лет назад это учение было опрокинуто голландским физиком Ван-Гельмонтом.
Ван-Гельмонт посадил в большой горшок побег ивы. Землю, перед тем как насыпать в горшок, он высушил в печке и отвесил для опыта ровно 200 фунтов (80 килограммов). Иву тоже взвесил — в ней было 5 фунтов.
Чтобы в землю случайно не попали посторонние примеси, горшок был прикрыт крышкой. Земля поливалась только дождевой или перегнанной водой.
Ива хорошо разрослась. Через пять лет Ван-Гельмонт вытащил ее из горшка и взвесил — она прибыла в весе на 164 фунта. Сколько же ива «съела» земли? Чтобы узнать это, очевидно, надо было снова высушить землю и проверить ее вес. Когда Ван-Гельмонт проделал это, он был поражен: земли в горшке по прежнему было 200 фунтов, нехватало лишь 2 унций (около 60 граммов).
Значит, растение питалось не землей. Тогда чем же? Так как в горшок не попадало извне ничего, кроме воды, то Ван-Г ельмонт сделал вывод: пища растений — это вода. Но так ли это?
В 1753 г. женевский садовод Бонне заметил одно странное явление. В банке с водой у него лежал срезанный зеленый лист. Бонне переставил банку на солнце и вдруг увидел, что лист стал быстро покрываться блестящими пузырьками. Бонне перенес банку в темноту — пузырьков не стало. А на солнце опять появлялись пузырьки.
«Наверное, это воздух, — решил Бонне. — Но откуда на листе воздух? Из самого листа или из воды? Как бы это проверить?»
Он переложил лист в прокипяченную воду (в ней, как известно, нет воздуха). Пузырьков не стало. Бонне взял трубочку и подышал через нее в воду, чтоб напустить туда воздуху. И тотчас на листе бисером стали оседать пузырьки. Значит, воздух осаждается на лист из воды, и происходит это только на солнечном, свету. Этот факт заинтересовал ученых, но никто не мог объяснить его. 
Прошло двадцать лет. Опытами над растениями занялся великий английский химик Пристли. Он в то время изучал газ, который пузырями всплывает в чанах во время брожения пива. Он установил, что это тот же газ, что выделяется при дыхании и горении, — углекислота.
Пристли решил испытать действие газа на животных.
Оказалось, что углекислый газ непригоден для жизни: животные в нем быстро задыхались и погибали. Пристли перенес опыты на растения и обнаружил совершенно поразительный факт: растения делали этот газ безвредным, они превращали «мертвый» газ в обыкновенный воздух, снова годный дли дыхания.
Пристли поставил такой опыт.
Под большой стеклянный колпак он посадил мышь. Через некоторое время мышь своим дыханием испортила воздух и задохнулась. Тогда осторожно, чтоб не пропустить наружный воздух, Пристли просунул под колпак зеленую ветку мяты. Через восемь-девять дней ветка так очистила воздух, что другая мышь смогла там дышать и жить.

И вот Пристли делает из этого небольшого опыта важные научные выводы: между животным и растительным миром на земле существует глубокая химическая связь. Люди и животные непрерывно отравляют воздух своим дыханием, а леса, поля, луга и сады очищают его и вновь делают пригодным для дыхания.
В дальнейшем Пристли установил, что «чистый воздух», выделяемый растениями, это особый газ — кислород.
Впоследствии, однако, Пристли постигла горькая неудача. Когда он через несколько лет повторил свои опыт, ветка закапризничала — не стала исправлять воздух. Вновь и вновь он повторял опыты. Иногда они удавались, иногда нет. «Видимо, мне неизвестна вся истина. — думал Пристли.— Я упускаю из виду какое-то важное условие».
Посмотреть опыты знаменитого химика приехал в Англию голландский ученый Ингенгуз. Он узнал о неудачах Пристли и, возвратившись домой, стал усердно продолжать его опыты. У него было одно преимущество: когда-то он бывал в Женеве и слыхал об опытах Бонне. Теперь это пригодилось ему. Скоро он выяснил, почему капризничала ветка у Пристли. Очень просто: ветке нужен свет; в темноте или на слабом свету она бессильна. А Пристли, не зная этого, ставил свои опыты то в ярко освещенной, то в полутемной комнате, и оттого они то удавались, то нет.
Ингенгуз установил еще и другой важный факт: исправлять воздух способны только зеленые части растений. Не кора, не сердцевина, не корни, не ветви, а только зеленые листья и побеги. Зеленый лист — вот что поддерживает дыхание всего населения земли.

Куда исчезает углерод

Итак, растения на свету выделяют кислород. Они исправляют воздух, и это полезно людям и животным. А какую пользу получают от этого сами растения? Не может быть, чтобы природа устроила так только в угоду животному миру; какая-то «выгода» должна быть в первую очередь для самих растений.
Чем питается растение? С давних времен ученые ставили различные опыты, чтобы найти ответ на этот вопрос
Этим вопросом в 1782 г. занялся женевский ученый Сенебье, который потратил на решение его целых семнадцать лет.
Сенебье первым делом решил выяснить, откуда растение берет кислород. Оказалось, из углекислоты.
Но в состав углекислоты, как тогда впервые было установлено химиками, входят два вещества — углерод и кислород. Кислород, выделяемый зелеными листьями из углекислоты, тотчас же уходит в атмосферу. А углерод? Что происходит с ним?
Сенебье необычайно взволновался, когда догадался, в чем дело. Да ведь углерод остается в листе! Лист съедает его.
Было отчего волноваться: весь вопрос о питании растений вдруг предстал в совершенно новом свете. Углерод — это сажа, уголь. Если сжигать дрова при слабом доступе воздуха, они превращаются в уголь. Растение почти наполовину состоит из углерода. Откуда же он попадает туда? Раньше думали, что углерод берется из почвы. Но попробуйте удобрить грядку сажей или толченым углем и посадите, скажем, репу. Посмотрите: возьмет ли ваша репа за все лето из земли хотя бы 1 грамм, сажи или угля? Нет, не возьмет. А между тем репа вырастет, значит откуда-то она все же наберет углерода. Откуда же?
Из углекислоты, разлагаемой зеленым листом. А так как углекислота — составная часть воздуха, то выходит, что растения питаются воздухом!
Такой необычайный вывод сделал Сенебье.
Какой шум поднялся среди ученых! Какие споры! Невозможно, говорило большинство, чтобы воздух был пищей.
Чтобы прекратить споры, ученик Сенебье Теодор Соссюр выступил в 1804 г. с очень наглядным опытом. Под большой стеклянный сосуд он поместил ветку барвинка и к воздуху в сосуде примешал строго определенное количество углекислоты. Сосуд выставил на свет. Через несколько дней углекислоты в сосуде убавилось, зато прибавилось углерода в ветке. Соссюр это точно установил с помощью весов.
Однако и после этого противники Сенебье не унялись. «В вашем сосуде, — говорили они Соссюру, — углекислоты было много, а в атмосфере ее очень мало: всего около 0,03%, то есть 1 литр на 3 тыс. литров воздуха. Растение не может расти за счет столь разреженной пищи».
Но и этот довод был разбит. В 1840 г. француз Буссенго блестящим и сложным опытом доказал, что весь углерод в растении накапливается исключительно из воздуха.
Атмосферная углекислота действительно очень разреженная пища. Но вот представьте себе большой дуб. Поверхность всех его листьев составляет 2500 кв. метров — четверть гектара. И всей этой огромной поверхностью дуб с утра до вечера беспрерывно поглощает свою невидимую пищу — углекислоту. Как бы мало ни было ее в атмосфере, дуб свое возьмет.
Зеленые листья — это огромный, широко раскрытый и жадный «рот» растения.

Великий круговорот

Поверхность земного шара покрыта бесчисленными растениями степей, лугов, болот, тундр, пашен, лесов, огородов, садов. В морях и океанах произрастают водоросли и планктон, микроскопические растительные организмы. Весь этот необъятный растительный мир съедает многие миллиарды кубометров углекислоты. И все же углекислоты в воздухе не убывает.
В природе непрерывно совершается великий круговорот углерода и кислорода. Везде, где дышат живые организмы, везде, где происходит гниение и горение, кислород соединяется с углеродом и образуется углекислота. Но, с другой стороны, при питании растений идет обратный процесс: углекислота разлагается на углерод и кислород. При этом кислород возвращается в атмосферу, а углерод входит составной частью в растения. От растений этот углерод попадает и в тело животных — в виде растительной пищи. А при дыхании, горении и гниении этот углерод снова вступает в соединение с кислородом и образует углекислоту, которая опять разлагается зелеными листьями растений. И так — без конца. 
Каждый из нас — участник этого великого круговорота. Ежедневно с пищей я принимаю углерод, заключенный в хлебе, овощах, мясе. Углерод в моем теле вступает в соединение с кислородом, который я вдыхаю, и это дает мне тепло и жизнь. А образовавшуюся углекислоту я выдыхаю, и она уходит в огород или в сад и питает там репу, капусту, картофель, яблоки.
Ежедневно я выдыхаю 300 литров углекислоты, в ней содержится 150 граммов углерода. За шестьдесят лет жизни это составит больше 3 тонн угля. За счет моего дыхания может вырасти двадцать-тридцать больших берез. А Магнитогорский завод-гигант один способен прокормить леса, поля, луга, сады и огороды целого района.

Кормилец всей земли

В живом организме черного угля или сажи не увидишь. Как ни терзай живое растение, как ни мни его, все равно не найдешь даже микроскопический крупинки угля — ни в корнях, ни в стволе, ни в листьях. Но мы ведь теперь точно знаем, что углерод там должен быть. Он взят растением из углекислоты. Почему же мы его там не находим? Потому что, едва попав в лист, углерод сразу же изменил свой вид. В первое же мгновение с ним начались замечательные превращения.
Зеленый лист — сложнейшая химическая лаборатория. Внутреннее устройство его необычайно тонко. Здесь вы видите поперечный разрез листа подсолнечника
Прежде всего углерод в листе вступает в соединение с водой. Из углерода и воды образуются разные виды сахара, а из сахара — крахмал. Сахар и крахмал — главное питание растений и в то же время главный строительный материал для ствола, корней, ветвей, листьев и плодов.
С водой из почвы поднимаются в лист растворенные соли азота, серы, фосфора, кальция, железа и многих других элементов. Углерод и с ними вступает в соединения, очень сложные и многообразные. Образуются белки, жиры и сотни других веществ. В листе безостановочно идет сложнейшая химическая работа. Одни вещества создаются, другие разрушаются, и из их остатков строятся новые вещества.
Так из мертвых веществ природы — газов, воды и солей — растение строит живой организм, который дышит, растет и размножается. И главный «заправила» во всем этом — углерод, добытый растением из углекислоты, которая мертвит все живое.
Наука теперь с точностью установила, чем питается растение. Прав Сенебье: основная пища растений — воздух. Но прав был и Ван-Гельмонт: растения питаются и водой. Но правы были и древние ученые: растениям нужна и земля, те минеральные соли, которые в ней есть. Правда, солей требуется горстка: ива Ван-Гельмонта за пять лет съела только 60 граммов солей, но без них она погибла бы.
И вот вспомним теперь об американских лесах секвойи. Они могут спокойно расти на том же месте еще сотни лет — пищи хватит. Воздуха вокруг сколько угодно, воду дают дожди, а солей потребляется так мало, что их запаса в земле хватит надолго. Кроме того, запас солей в земле все время восстанавливается за счет гниения и распада отживших деревьев, листьев, трав и погибших животных, в которых накопилось много солей (зола).
Растения кормят не только сами себя, но и все животное население земного шара. Ни человек, ни зверь, ни птица, ни рыба — никто не может самостоятельно создать крахмал или белок из мертвых веществ природы. Все животные кормятся пищей, которую создают зеленые листья растений. Даже хищники, питающиеся только мясом, и те, в конечном счете, зависят от растений, потому что их жертвы питаются растениями.
Зеленый лист — кормилец всей земли.

Лучи в плену

У всех веществ, которые производит растение, есть одно общее свойство — они горючи. Белки, жиры, крахмал, сахар могут гореть, они способны давать тепло и свет. Это свойство покажется странным, если вспомнить, чем питается растение. Растение строит себя из воды, воздуха и минеральных солей почвы. Эти тела не горючи. Сколько ни чиркай спичек, воздуха не зажжешь, земли тоже, а воду и подавно. Но стоит поднести спичку к соломе или к сухим дровам, как они запылают горячим, ярким пламенем. Выходит, что растение способно превращать негорючие вещества природы в горючие.

Еще Сенебье глубоко задумался над этим фактом. И он пришел к выводу: эта горючесть — от солнца. Листья поглощают свою невидимую пищу только днем, пока светит солнце, следовательно листья работают силой солнечного луча.
150 млн. километров несется солнечный луч в пространстве, прежде чем коснется земли, но, как только коснется ее, с ним начинается длинная цепь превращений.
Вот солнечный луч пал на камень. Его энергия превратится в тепло — камень нагреется. Но камень неспособен удержать тепло, оно постепенно рассеется в пространстве.
Но вот солнечный луч коснулся зеленого листа. Лист не рассеет драгоценную энергию солнца — он поглотит ее и сохранит.
С помощью солнечного луча лист разлагает углекислоту на углерод и кислород. Проделав эту работу, энергия луча не исчезает бесследно, она скрывается в углероде, из которого строится тело растения. До поры до времени углерод держит солнечный луч в плену. Но как только углерод начнет соединяться с кислородом — при горении, при дыхании, — солнечный луч вырвется из плена и начнет новую работу и новую цепь превращений.
Растения удерживают и накопляют на земле огромное количество солнечной энергии. Накопленной растениями энергией пользуются животные и человечество. Когда мы едим хлеб, то поглощаем и солнце. В нашем теле солнечный луч оживает: он согревает нас, движет нашими мускулами. Мы рубим в лесу дрова и везем их домой. Но мы везем не просто дрова — везем и спрятавшееся в них солнце. И когда затопим печь, солнце вырвется веселым огнем, осветит и согреет нашу комнату.
Неисчислимые запасы солнечной энергии хранятся в каменном угле, торфе, нефти. Эти запасы созданы еще миллионы лет назад первобытным растительным миром земли. Наши фабрики, электростанции, паровозы приводятся в действие лучами солнца, которые упали на землю еще в незапамятные времена.
Растения — это бесчисленные кладовые даровой энергии, притекающей от далекого небесного светила. Зеленый лист — это, по словам великого русского ученого Тимирязева, «посредник между небом и землей».
К. Кочетков
Знание сила 1940 № 5

Углерод – довольно распространенный, но мало используемый земледельцами элемент. Он позволяет растениям лучше развиваться и влияет на урожайность. Фермеры США и Австралии создали собственную технологию применения этого химического элемента.

Углеродное сельское хозяйство совсем недавно было названо «секретным оружием» нового поколения в руках земледельцев. По мнению некоторых исследователей, оно должно стать основой будущей цивилизации, изменив привычные методы обработки земли и ведения хозяйства. В дальнейшем, активно используя углерод в земледелии, фермеры смогут в несколько раз повысить объемы производимой сельскохозяйственной продукции. Что же это за новый тип землепользования, вокруг которого ведется столько дискуссий?

Дитя меняющегося климата

Появление углеродного сельского хозяйства является реакцией на глобальное потепление климата. Его концепция состоит в том, чтобы получить избыток углерода из атмосферы, где этот элемент вызывает негативные изменения и влияет на климат, и сохранить его в почве, чтобы помочь росту растений. Принцип очень прост, однако реализовать его на практике оказалось несколько сложнее.

Углеродная система построена на простой связи: воздух – почва – растение

Ни для кого уже не секрет, что при сжигании ископаемого топлива в атмосферу попадает большое количество углерода, что превращает планету в гигантскую теплицу. Однако углеродом богаты не только нефтяные месторождения, но и поверхностные слои почвы. Об этом осведомлены фермеры и огородники, которые стремятся максимизировать содержание в почве полезных веществ. Разлагающиеся растения вносят в почву необходимые микроэлементы и активно поглощают углекислый газ из воздуха.

Как использовать углерод

Первые эксперименты по созданию опытных углеродных хозяйств уже начались. Одним из таких полигонов стала ферма Гейба Брауна в Северной Дакоте (США). Владелец имеет в распоряжении около 5 тыс.га земельных наделов, крупное поголовье скота и домашних животных. Для Брауна уже давно не секрет, что углерод является важнейшим компонентом развития почвы и ее обитателей (микробов, грибов и дождевых червей).

Углеродные хозяйства используют только натуральные компоненты

Краеугольным камнем земледелия являются «химические костыли» – различные добавки, удобрения и подкормки. И на первый взгляд углеродное сельское хозяйство мало чем отличается от традиционных методов. Однако даже применение хорошо знакомого компоста с последующим вспахиванием земли Браун не считает действенным методом. Он использует оригинальное и непривычное решение. В конце сезона на поля, на которых остается урожай, фермер выпускает овец, кур, цыплят, чтобы они вытоптали и съели остатки урожая. После этого он берет сеялку и высаживает семена нового урожая среди разлагающихся остатков предыдущего.

Наряду с традиционными культурами, вроде кукурузы, на полях Брауна произрастают клевер, горошек, просо, суданская трава, подсолнечник и т.д. Всего в опытах задействовано до 70 видов различных культур. Каждое растение занимает свою нишу по высоте, глубине корней, форме листов и темпам роста. Такой «зеленый микс» создает сплошной ковер, «перекачивающий» углерод из воздуха в почву и обогащающий основные культуры.

Иные способы использования углерода

В некоторых других штатах США и Австралии применяется такой способ, как «углеродное кредитование». В частности, те фермеры, которые активно «изымают» углерод, могут продавать квоты предприятиям, загрязняющим окружающую среду. Так, в США к программе кредитования присоединились свыше 168 электростанций, а общее число компаний только в Калифорнии приближается к 600. Концерн «Шевроле» (Chevrolet) недавно приобрел 40 тыс. углеродных кредитов от 23 ферм Северной Дакоты, которые обязались сохранить нужный уровень углерода на 11 тыс.га пастбищ.

Продажа квот на выбросы углерода – реальность американских фермеров

Хотя иногда сами фермерские хозяйства являются основными источниками вредных выбросов. Особенно это касается тех владельцев хозяйств, которые содержат большие поголовья крупного рогатого скота и не всегда направляют усилия на поддержание углерода на необходимом уровне.

Коровы, которые «удерживают» углерод

Домашний скот на пастбищах является универсальной и экологичной «системой», улавливающей углерод. Каждый раз, когда условная корова жует травинку, в почву из корней выделяется немного углерода. Существует и другое мнение – избыток крупного рогатого скота производит гораздо больше парниковых газов, чем углерода, что в конечном итоге ведет к их избытку в атмосфере.

Споры о том, сколько углерода животные производят, а сколько выбрасывают, продолжаются

Иные сторонники технологии углеродного сельского хозяйства больше верят в многолетние растения. Они считают деревья идеальными проводниками углерода, не имеющими недостатков животных. Эти же эксперты предлагают организовать выпас скота в пространстве между рассаженных на расстоянии деревьев, куда попадает достаточно солнечных лучей. Такой подход позволит компенсировать нехватку углерода.

Пять постулатов секвестрации (удержания) углерода

Если вы заинтересовались новой формой ведения приусадебного хозяйства, обратите внимание на 5 основных принципов, благодаря которым она станет реальностью.

1. Не рыхлите почву

Рыхление смешивает почву с воздухом, что позволяет углероду окисляться, возвращаясь в атмосферу. Вместо этого сосредоточьтесь на выращивании многолетних культур и не обрабатывайте почву или используйте сеялку упрощенного посева для ежегодных посадок.

2. Мульчируйте почву

Регулярно мульчируйте почву вблизи небольших посадок, используя древесные или соломенные опилки. Они помогут предотвратить потери углерода. На больших площадях оставляйте растительные остатки в качестве мульчи. Разлагаясь, они будут выполнять функцию «углеродного топлива» для почвы.

3. Используйте компост

Компост богат стабильной (трудноокисляемой) формой углерода, поэтому «углеродные фермеры» разбрасывают его по поверхности земли. И вам рекомендуют.

4. Пасите скот грамотно

Пасти скот на одном большом поле действительно не совсем целесообразно. Лучше разбить площадку для выпаса на несколько небольших участков и выгуливать живность на одном из них, чтобы остальные успевали восстановиться.

5. Высаживайте покровные культуры

Такие быстрорастущие почвопокровники, как клевер и горошек, удерживают углерод в почве на протяжении затяжной зимы. Они также могут свободно расти рядом с другими культурами и компенсировать потери углерода, вызванные сбором этих культур.

Углеродное земледелие – это будущее сельского хозяйства, лишний раз подтверждающее тезис о том, что все необходимые для роста растений вещества содержатся в природе. Попробуйте стать на сезон «углеродным фермером» и обязательно поделитесь с нами своим опытом.

Глобальный круговорот углерода

Скотт Стеггенборг, Университет штата Канзас, США

Углерод — основной структурный элемент всего живого. Углерод присутствует в атмосфере, тканях растений и животных, неживом органическом веществе, ископаемом топливе, камнях, он растворен в водах океана. В росте растений, да и вообще в нашей жизни его присутствие занимает не последнее место. Все начинается с корня, а если он растет в почве с недостатком углерода, то ситуацию надо брать под особый контроль, иначе… На количество углерода в почве влияет все, даже обработка почвы.

Почвенный органический углерод

Переход молекул углерода из одной формы в другую известен как круговорот углерода (рис. 1). Растения получают из атмосферы углерод, который участвует в процессе фотосинтеза. Используя энергию солнца и углекислый газ (СО2) из атмосферы, растения преобразуют СО2 в органический углерод, что способствует росту стеблей, листьев и корней. Результатом жизненного цикла и гибели растений является накопление и разложение растительной ткани как на поверхности почвы, так и под ней (корни растений) и производство значительного количества почвенного органического углерода.

Почвы отличаются по количеству содержания в них почвенного органического углерода, спектр варьирования: от менее 1% в песчаных почвах до более 20% в заболоченных почвах. Естественный уровень содержания почвенного органического углерода в почвах Канзаса варьирует в пределах 1-4%. Сегодня в большинстве обрабатываемых земель Канзаса уровень содержания органического углерода составляет 0,5-2%.

Рис.1.Современный круговорот углерода. Все показатели выражены в гигатоннах и гигатоннах в год.

В Канзасе степные травы способствовали формированию толстого плодородного слоя почвы. Корни этих и других видов злаковых волокнистые. Они могут проникать на большую глубину, производя значительную часть своей биомассы под землей. Следовательно, высокий уровень органического углерода в почвах под естественными лугами встречается на глубине до нескольких сантиметров. Черный цвет, который ассоциируется с плодородием почвы — это показатель содержания органического углерода. По мере того как содержание органического углерода снижается, цвет почвы становится более светлым и отражает ее минеральный состав. Так, красный цвет почв на юго-востоке Канзаса и северо-востоке Оклахомы является индикатором более высокой концентрации железа и более низкого содержания почвенного углерода. В почвах, которые формируются под лесами, высокий уровень почвенного органического углерода, как правило, наблюдается в верхнем слое, в более глубоких слоях этот уровень ниже. Такое отличие обусловлено, прежде всего, накоплением опавших листьев, а также веток кустарников и деревьев на поверхности почвы.

Атмосферный углерод

Используя данные, полученные в результате исследования ледяного керна, а также данные, накопленные в ходе продолжительного отслеживания уровня содержания СО2 в атмосфере, ученые обнаружили существенные колебания уровня содержания его в атмосфере в течение 200 000 лет. В последние 1000 лет атмосферное содержание СО2 существенно возросло (рис. 2). В наши дни (2000 г.) уровень содержания СО2 составляет приблизительно 369 мг/л, и этот показатель выше, чем когда-либо в последнее тысячелетие. Что еще самое важное: такие беспрецедентные темпы роста настолько велики, что экосистема может оказаться неспособной адаптироваться к ним. Подобное повышение содержания СО2 объясняется расширением использования ископаемого топлива, расчисткой земель и изменениями в землепользовании, что наблюдается по всему миру. Наиболее существенный фактор, который обуславливает повышение содержания СО2 в атмосфере — это использование ископаемого топлива. При существующих темпах этого процесса, составляющих 1 трлн. кг, запасы ископаемого топлива будут исчерпаны в ближайшие 300-400 лет. По мере роста использования ископаемого топлива углерод, который был вне круговорота миллионы лет, поступает непосредственно в атмосферу. Со временем атмосферный углерод снова преобразуется в органический углерод или же попадет в океан — и будет достигнут новый баланс, но этот процесс может занять тысячи лет. В ближайшее время «новый» углерод будет оставаться в атмосфере в виде СО2. На основании современных атмосферных моделей можно сделать вывод, что полное использование запасов ископаемого топлива приведет к возрастанию концентрации атмосферного СО2 до пикового показателя, составляющего около 1 200 мг/л. Некоторые ученые считают, что эти концентрации будут еще выше. Такой рост уровня содержания СО2 заставил многих ученых предположить, что средние глобальные температуры начнут увеличиваться. В массовой прессе данный процесс называют глобальным потеплением. Так называемые парниковые газы — СО2, метан (СН4) и окись азота (N2O), которые содержаться в атмосфере, способствуют удержанию тепла, которое, как правило, отражается от поверхности земли. При более высокой концентрации этих газов тепло может не отдаваться, результатом чего является повышение глобальных температур. На настоящий момент изменения глобальных температур не существенны и не наблюдается никаких определенных тенденций к этому, но изменения уровня содержания СО2 полностью документально подтверждены и признаются большинством ученых.

Управление углеродом

Что можно сделать, чтобы замедлить процесс увеличения содержания СО2? Если мы задумаемся об источниках, из которых поступает СО2, и о том, куда он девается потом, наиболее очевидным решением будет сокращение его поступления путем снижения использования ископаемого топлива. Это уменьшит попадание СО2 в атмосферу. Со временем потребуются более эффективные и экологически чистые источники энергии, но текущие экономические аспекты использования ископаемого топлива ограничивают внедрение и развитие альтернативных источников. В будущем, когда мы разработаем технологии альтернативной энергии, массовое использование стоков углерода, возможно, поможет стабилизировать уровень содержания СО2 в атмосфере. Описание мировых резервов углерода (рис. 1) демонстрирует, что скопления углерода в глубинах океана — основной резерв, но его изменения могут занять миллионы лет. Помимо этого, наши возможности управлять этим резервом ограничены. Следующий по размерам резерв — почвенный органический углерод. Количество почвенного органического углерода в два раза превышает количество углерода, содержащегося в растительной биомассе (растения, деревья, сельскохозяйственные культуры, травы и т.д.). Одним из способов стабилизации атмосферного углерода могло бы быть внедрение по всему миру технологий, которые способствуют увеличению содержания почвенного углерода. Сколько углерода может удерживаться в почве Канзаса? Вопрос прост, но на него нет простого ответа. Потенциал накопления для этого вида почвы зависит от уровня содержания почвенного углерода на данный момент, концентрации СО2 в атмосфере и применяемых агротехнических приемов. Во многих почвах Канзаса результатом значительных потерь верхнего слоя, обусловленных эрозией и проведением многочисленных механических обработок, стало сокращение уровня содержания углерода более чем в два раза по сравнению с исходными показателями. При правильном управлении содержание органического углерода во многих почвах можно повысить. Потери почвенного углерода, которые произошли в первой половине ХХ столетия, были частично компенсированы во второй половине с усовершенствованием сберегающих технологий и интенсификацией систем земледелия (рис. 3). Правильное внесение удобрений и возделывание улучшенных гибридов и сортов также сыграли свою роль в накоплении почвенного органического углерода. Более высокая урожайность и интенсивность возделывания способствуют увеличению объема биомассы, которая проникает в почву, обеспечивая поступление большего объема материала, который может быть преобразован в почвенный углерод. На рис. 3 отображены прогнозы по уровням содержания почвенного углерода в зависимости от уровня использования технологии no-till на 1990 год. В почвах, которые обрабатываются по технологии no-till и на которых используются интенсифицированные системы возделывания, содержание почвенного углерода может увеличиваться на 1% в год. В настоящее время в штате Канзас с применением технологии no-till обрабатывается 10% сельскохозяйственных земель (общая площадь 8,2 млн. га), и на этих площадях дополнительно должно секвестрироваться 19 000 т углерода в год. При расширении использования технологии no-till и использования интенсифицированных систем возделывания углерод секвестрировался бы в больших объемах. В мире не существует потенциальной возможности использовать почву в качестве стока углерода, этот вариант остается кратковременным решением. Через какой-то период времени, возможно, через 30-50 лет, будет достигнут новый уровень баланса почвенного СО2, при котором будет сложно достигнуть дальнейшего накопления углерода. Более долгосрочным решением для стабилизации уровня атмосферного СО2 может стать снижение нашей зависимости от ископаемого топлива для получения энергии.

Секвестрация углерода: 9 наиболее задаваемых вопросов

1. Что подразумевается под секвестрацией углерода?

Секвестрация углерода — это, как правило, процесс трансформации углерода в воздухе (углекислый газ или ТО2) в почвенный углерод. Углекислый газ поглощается растениями в процессе фотосинтеза, а также впитывается живыми растениями. Когда растение отмирает, углерод, находившийся в листьях, стебле, а также корнях, попадает в почву и становится почвенным органическим веществом.

2. Как секвестрация углерода может помочь избавиться от проблемы глобального потепления?

Атмосферный углекислый газ и другие газы, вызывающие парниковый эффект, являются ловушкой для тепла, которое отходит от поверхности земли. Это накопление тепла может привести к глобальному потеплению. Посредством секвестрации углерода уровень атмосферного углекислого газа снижается, а уровень почвенных органических веществ повышается. Если почвенный органический углерод не трогать, он может оставаться в земле многие годы как стабильное органическое вещество. Этот углерод секвестрируется позже или перемещается в хранилища, чтобы стать доступным для рециркулирования в атмосферу. Данный процесс снижает уровень СО2, а также возможность глобального потепления.

3. Какое воздействие секвестрация углерода может оказывать на газы, вызывающие парниковый эффект?

Было установлено, что сократить выбросы СО2 на 20% и более можно путем сельскохозяйственной почвенной секвестрации углерода.

4. Что сельхозпроизводители могут предпринять, чтобы повысить уровень секвестрации углерода?

Существует несколько способов достичь этого:

— no-till или минимальная обработка почвы;

— интенсивное повышение севооборотов и исключение летнего пара;

— буферные зоны;

— мероприятия по охране природы, которые будут способствовать снижению эрозии;

— использование культур, дающих много остатков (кукуруза, сорго обыкновенное, а также пшеница);

— использование покровных культур;

— выбор таких видов и гибридов, которые сохраняют больше углерода.

5. Что могут сделать фермеры для повышения секвестрации углерода?

Фермеры могут повысить секвестрацию углерода посредством:

— улучшения качества фуража;

— сохранения достаточного количества пожнивных остатков;

— сокращения чрезмерного выпаса.

6. Получат ли сельскохозяйственные работники вознаграждение за секвестрацию углерода?

Возможно, будет налажена коммерческая система предоставления кредитов фермерам, повышающим секвестрацию углерода. Также возможно, что правительство будет применять некоторые меры поощрения для производителей, чтобы стимулировать секвестрацию углерода. Но даже если бы не было никаких выплат, сельхозпроизводители увидели бы положительный эффект от внедрения методов повышения почвенных органических веществ:

— улучшение структуры и качества почвы;

— повышение плодородности почвы путем увеличения органических веществ;

— сокращение эрозии вследствие улучшения структуры почвы;

— улучшение качества воды из-за снижения эрозии.

7. Что такое почвенные органические вещества, откуда они берутся и куда уходят?

Почвенные органические вещества состоят из перегнивших растений и животных отходов. Они позволяют соединять почвенные минеральные частицы в комочки, которые называются почвенными агрегатами. Повышение уровней почвенных органических веществ ведет к установлению более стабильных почвенных агрегатов, более устойчивых к ветровой эрозии, лучшей инфильтрации и аэрации, снижению вероятности уплотнений, а также повышению плодородности. Органические вещества помогают содержать почвенные питательные вещества вместе, таким образом, они не вымываются и не выщелачиваются. Если их не трогать, почвенные органические вещества могут перерасти в гумус — очень стабильную форму органического вещества. Тем не менее, если почва обрабатывается, почвенные органические вещества будут окисляться, и углерод растворится в атмосфере как СО2. Если почва эродируется, почвенные органические вещества будут вымываться водой.

8. Что влияет на уровень почвенных органических веществ?

Природные уровни почвенных органических веществ для любого определенного места в большинстве случаев определяются географической широтой, а также ежегодным уровнем выпадения осадков. Природные уровни почвенных органических веществ будут повышаться при передвижении с севера на юг от экватора. На Великих Равнинах уровень органических веществ растет от запада к востоку с учетом количества выпавших осадков. Управление может изменить уровень почвенных органических веществ. В общем, с повышением интенсивности возделывания культур повышается уровень почвенных органических веществ. С увеличением частоты использования механической обработки почвы уровень почвенных органических веществ снижается. Для производителей из Канзаса использование технологии no-till и отказ от пара предоставили самый большой потенциал в достижении этой цели.

9. Что делает штат Канзас, чтобы увеличить секвестрацию углерода?

Ученые из штата Канзас работают над созданием лучших управленческих методов, которые будут способствовать повышению секвестрации углерода. Чтобы проверить результаты механической обработки почвы, различных севооборотов, методов сбережения почвы и методов управления почвенным углеродом, проводятся исследования.

Экология СПРАВОЧНИК

Валовое содержание органического углерода в поверхностном горизонте почв колеблется от 0,11 до 5,99 %; вниз по почвенному профилю оно снижается.

Накопление органического углерода в почве в виде перегноя или гумуса обусловлено деятельностью низших и высших растений. Поскольку органический углерод является важным фактором плодородия, определение содержания его в верхних корнеобитаемых горизонтах почвы проводят при всех почвенных исследованиях.

Точные результаты при определении органического углерода перегноя почвы можно получить лишь сухим сжиганием его, учитывая количество выделившейся углекислоты. Впервые метод сухого сжигания органического углерода почвы разработан Г.Г. Густавсоном. В настоящее время этот метод можно применять, используя более совершенные приборы (такие, как ГОУ-1).

Метод Кнопа —Сабанина менее удобен для массовых определений и поэтому почти не применяется в современных лабораториях.

Содержание органического углерода в почве обычно принято пересчитывать на содержание гумуса (перегноя), т.е. на общее содержание органических веществ в почве.

Пересчет углерода на гумус почвы производят, умножая процентное содержание углерода на коэффициент 1,724. Этот коэффициент предложен Э. Вольфом в 1864 г. на основании данных Шпренгеля и других авторов, установивших содержание углерода в гуминовой кислоте, равное в среднем 58 % С. Такое же содержание углерода было принято и для гумуса почвы в целом. Поэтому указанный коэффициент пересчета широко используется, и он приобрел международное значение.

Однако допущение, что содержание углерода полностью соответствует содержанию гумуса в почве, вызвало и до сих пор вызывает сомнения, так как гумус имеет сложный состав и неоднороден в различных почвах. Следовательно, вычисление содержания гумуса на основании одного и того же коэффициента является условным приемом.

Исследования показали, что содержание углерода в гумусе разных почв может колебаться от 45 до 55 %, и поэтому указанный коэффициент следует признать заниженным для большинства типов почв. Авторы работы предлагают при пересчете углерода на гумус пользоваться коэффициентом, равным 2, что к тому же упрощает пересчет углерода на гумус.

Аналогичные главы в дргуих документах:

См. далее:Определение органического углерода

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *